CN111333962A - 一种改性耐磨发泡三元乙丙橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性耐磨发泡三元乙丙橡胶及其制备方法，本发明所述改性耐磨发泡三元乙丙橡胶由以下重量份的原料制成：三元乙丙橡胶80～120份、氧化锌3～6份、硬脂酸0.5～2份、防老剂2～6份、炭黑20～40份、石蜡油5～20份、改性的超细氧化铈5～20份、发泡剂2～5份以及硫化剂5～10份；制备方法包括将三元乙丙橡胶开炼后再与其它原料混炼后，采用二步硫化方式发泡成型，得到发泡橡胶。本发明采用简便的制备工艺显著改善了发泡橡胶泡孔形态，进而提高了发泡橡胶的强度和耐磨性，具有显著地工业化价值。

Description

一种改性耐磨发泡三元乙丙橡胶及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉一种改性耐磨发泡三元乙丙橡胶及其制备方法。
背景技术
发泡橡胶由于泡孔结构的存在，使之在隔热、减震等方面有着优异的性能。三元乙丙橡胶具有良好的耐磨性、稳定性、回弹性，可在湿差范围较广的条件下使用，容易发泡，制品较易定型等优越的性能，因而广泛用于各行各业。三元乙丙橡胶制成的发泡材料具有良好的弹性和柔软性，制品密度小，同时具各隔热、隔音吸声作用，对于对材料的抗震性、轻便性、保温性及隔音吸声等性能与功能要求高的领域有突破性的作用。
然而，经过发泡之后，三元乙丙橡胶在力学性能和耐磨性能上将有大幅度的下降。为了成功制备发泡橡胶，并保持良好的力学性能，改善其耐磨性能，一方面需要通过发泡工艺，调控发泡橡胶的气孔率以及泡孔结构；另一方面可通过助剂的填充，实现对于橡胶耐磨特性的改善以及辅助对于发泡橡胶的泡孔结构的控制。
发泡三元乙丙橡胶的制造工艺一般依托于化学发泡剂的使用，在一定温度下化合物受热进行分解产生了气体，从而使得三元乙丙橡胶材料内部产生孔洞结构。为了能够发出泡，并对泡孔结构有所控制，一般采用通过硫化工艺与发泡工艺的配合。但是这在调控泡孔大小及泡孔强度上的作用有限，因此难以改善发泡三元乙丙橡胶的强度和耐磨性能。
发明内容
基于上述需要解决的技术问题，本发明的第一方面提供了一种改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，由以下重量份的原料制成：三元乙丙橡胶 80～120份、氧化锌3～6份、硬脂酸0.5～2份、防老剂2～6份、炭黑20～40 份、石蜡油5～20份、改性的超细氧化铈5～20份、发泡剂2～5份以及硫化剂5～10份；
进一步的，所述改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，由以下重量份的原料制成：三元乙丙橡胶100份、氧化锌5份、硬脂酸1份、防老剂4份、炭黑30份、石蜡油10份、改性的超细氧化铈10份、发泡剂4份以及硫化剂8.5份；
进一步的，所述三元乙丙橡胶的牌号为4703；
进一步的，所述防老剂为2-巯基苯并咪唑(缩写为MB)、4,4’- 二(二甲基苄基)二苯胺(缩写为445)、4-甲基-6-叔丁基苯酚中的一种或多种；进一步优选的，所述防老剂由2份2-巯基苯并咪唑和2份4,4’- 二(二甲基苄基)二苯胺组成；
进一步的，所述炭黑的型号为N550；
进一步的，所述改性的超细氧化铈由超细氧化铈与硅烷偶联剂共混分散制成，其中，所述硅烷偶联剂质量为超细氧化铈质量的 0.1～1.0％；优选的，所述硅烷偶联剂质量为超细氧化铈质量的0.5％；进一步优选的，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 (缩写为KH570)；
进一步的，所述硫化剂为二(叔丁基过氧化异丙基)苯(缩写为 BIB)和/或三烯丙基异氰脲酸酯(缩写为PTAIC)；进一步优选的，所述硫化剂由7份二(叔丁基过氧化异丙基)苯和1.5份三烯丙基异氰脲酸酯组成；
进一步的，所述发泡剂为4，4-氧代双苯磺酰肼(缩写为OBSH)；
进一步的，所述改性的超细氧化铈的粒径为80～150nm；优选的，所述超细氧化铈的粒径为100nm。
本发明的第二方面提供了一种上述改性耐磨发泡三元乙丙橡胶的制备方法，包括以下步骤：
S1：按上述配比分别称取各原料，然后将所述三元乙丙橡胶在双辊开炼机上进行开炼，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、改性的超细氧化铈、炭黑、石蜡油、发泡剂以及硫化剂，混炼至混合均匀后出片，得到混炼胶；
S2：将所述混炼胶采用平板硫化机进行硫化发泡，即得；
进一步的，S1所述的混炼温度为室温；
进一步的，S2所述的硫化发泡温度为150～180℃；优选的，S2所述的硫化发泡温度为160℃；
更进一步的，S2所述的步骤包括：将所述混炼胶采用平板硫化机预硫化发泡5～10min，然后再进行二次硫化发泡累积至30～40min，即得；优选的，所述预硫化发泡时间为8min；优选的，所述二次硫化发泡累积至30min。
有益效果：
本发明相对于现有技术具有的有益效果：
1.采用硅烷偶联剂对超细氧化铈进行表面修饰改性后，加入到三元乙丙橡胶中制备发泡三元乙丙橡胶，增加其与橡胶链之间的相互作用，从而改善了发泡橡胶的微孔结构和壁面孔道的强度，极大地提高了发泡橡胶的强度和耐磨性；
2.采用二次预硫化发泡工艺制备发泡三元乙丙橡胶，使发泡材料硫化速度和发泡速度的匹配，提高了发泡橡胶结构的稳定性。
附图说明
图1为实施例3制备的发泡三元乙丙橡胶的微泡孔显微照片
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
称量10g超细氧化铈，加入0.5％的硅烷偶联剂KH570，进行共混分散，得到改性的超细氧化铈；割取80g三元乙丙橡胶，在双辊开炼机上进行开炼，依次加入氧化锌3g，硬脂酸0.5g，防老剂MB 1g，防老剂445 1g，炭黑N550 20g，石蜡油5g，改性的超细氧化铈5g，发泡剂OBSH 2g，硫化剂BIBP 3.5g，硫化剂TAIC 1.5g，混炼至混合均匀后出片，得到混炼胶；采用平板硫化机在160℃预硫化发泡5min，后进一步二次硫化至累积时间30min，即得。
实施例2
称量10g超细氧化铈，加入0.5％的硅烷偶联剂KH570，进行共混分散，得到改性的超细氧化铈；割取120g三元乙丙橡胶，在双辊开炼机上进行开炼，依次加入氧化锌6g，硬脂酸2g，防老剂MB 3g，防老剂445 3g，炭黑N550 40g，石蜡油20g，改性的超细氧化铈20g，发泡剂OBSH 5g，硫化剂BIBP 7.5g，硫化剂TAIC 2.5g，混炼至混合均匀后出片，得到混炼胶；采用平板硫化机在160℃预硫化发泡10min，后进一步二次硫化至累积时间40min，即得。
实施例3～6
称量10g超细氧化铈，加入0.5％的硅烷偶联剂KH570，进行共混分散，得到改性的超细氧化铈；割取100g三元乙丙橡胶，在双辊开炼机上进行开炼，依次加入氧化锌5g，硬脂酸1g，防老剂MB 2g，防老剂445 2g，炭黑N550 30g，石蜡油10g，改性的超细氧化铈10g，发泡剂OBSH分别取2、3、4、5g，硫化剂BIBP 7g，硫化剂TAIC 1.5g，混炼至混合均匀后出片，得到混炼胶；采用平板硫化机在160℃预硫化发泡8min，后进一步二次硫化至累积时间30min，即得实施例3～6发泡三元乙丙橡胶。
实施例7～11
称量10g超细氧化铈，加入0.5％的硅烷偶联剂KH570，进行共混分散，得到改性的超细氧化铈；割取100g三元乙丙橡胶，在双辊开炼机上进行开炼，依次加入氧化锌5g，硬脂酸1g，防老剂MB 2g，防老剂445 2g，炭黑N550 30g，石蜡油10g，改性的超细氧化铈10g，发泡剂OBSH 4g，硫化剂BIBP 7g，硫化剂TAIC 1.5g，混炼至混合均匀后出片，得到混炼胶；采用平板硫化机在160℃分别预硫化发泡0、2、 8、12、16min后，后进一步二次硫化至累积时间30min，即得实施例 7～11发泡三元乙丙橡胶。
实施例12～15
称量10g超细氧化铈，加入0.5％的硅烷偶联剂KH570，进行共混分散，得到改性的超细氧化铈；割取100g三元乙丙橡胶，在双辊开炼机上进行开炼，依次加入氧化锌5g，硬脂酸1g，防老剂MB 2g，防老剂445 2g，炭黑N550 30g，石蜡油10g，改性的超细氧化铈分别加入5、 10、15、20g，发泡剂OBSH 4g，硫化剂BIBP 7g，硫化剂TAIC 1.5g，混炼至混合均匀后出片，得到混炼胶；采用平板硫化机在160℃分别预硫化发泡8min后，后进一步二次硫化至累积时间30min，即得实施例 12～15发泡三元乙丙橡胶。
实验例
对于实施例3～15获得发泡橡胶的力学性能以及物理性质如下表 1～3所示，其中，从表1可以看出：随着发泡剂含量的增加，三元乙丙橡胶发泡率提高，其力学性能大幅度下降，并且其磨耗呈现出增加的趋势，如图1为实施例5的发泡三元乙丙橡胶的微泡孔显微照片，从图1中显示出，所得到发泡橡胶泡孔比较均匀，尺寸在1微米左右，呈现比较好的发泡效果；从表2可以看出：经过两段发泡硫化，实现了发泡与硫化的平衡，达到发泡与硫化速度的匹配，构建适宜的发泡率与不错的泡孔强度，使之有不错的力学性能和耐磨性质；从表3可以看出：随着改性氧化铈量的增加，发泡率并未有比较大的改变，而其力学性能有不错的保持，同时，在磨耗方面也有所改善。
表1
Figure RE-GDA0002476750590000071
表2
Figure RE-GDA0002476750590000072
表3
Figure RE-GDA0002476750590000073
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，其特征在于，由以下重量份的原料制成：三元乙丙橡胶80～120份、氧化锌3～6份、硬脂酸0.5～2份、防老剂2～6份、炭黑20～40份、石蜡油5～20份、改性的超细氧化铈5～20份、发泡剂2～5份以及硫化剂5～10份。
2.根据权利要求1所述的改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，其特征在于，所述改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，由以下重量份的原料制成：三元乙丙橡胶100份、氧化锌5份、硬脂酸1份、防老剂4份、炭黑30份、石蜡油10份、改性的超细氧化铈10份、发泡剂4份以及硫化剂8.5份。
3.根据权利要求1～2任一项所述的改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，其特征在于，所述防老剂为2-巯基苯并咪唑(缩写为MB)、4,4’-二(二甲基苄基)二苯胺(缩写为445)、4-甲基-6-叔丁基苯酚中的一种或多种；进一步优选的，所述防老剂由2份2-巯基苯并咪唑和2份4,4’-二(二甲基苄基)二苯胺组成。
4.根据权利要求1～2任一项所述的改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，其特征在于，所述改性的超细氧化铈由超细氧化铈与硅烷偶联剂共混分散制成，其中，所述硅烷偶联剂质量为超细氧化铈质量的0.1～1.0％；优选的，所述硅烷偶联剂质量为超细氧化铈质量的0.5％；进一步优选的，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1～2任一项所述的改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，其特征在于，所述硫化剂为二(叔丁基过氧化异丙基)苯(缩写为BIB)和/或三烯丙基异氰脲酸酯(缩写为PTAIC)；进一步优选的，所述硫化剂由7份二(叔丁基过氧化异丙基)苯和1.5份三烯丙基异氰脲酸酯组成。
6.根据权利要求1～2任一项所述的改性耐磨发泡三元乙丙橡胶，其特征在于，所述改性的超细氧化铈的粒径为80～150nm；优选的，所述超细氧化铈的粒径为100nm。
7.一种权利要求1～6任一项所述改性耐磨发泡三元乙丙橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按上述配比分别称取各原料，然后将所述三元乙丙橡胶在双辊开炼机上进行开炼，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、改性的超细氧化铈、炭黑、石蜡油、发泡剂以及硫化剂，混炼至混合均匀后出片，得到混炼胶；
S2：将所述混炼胶采用平板硫化机进行硫化发泡，即得。
8.根据权利要求7所述改性耐磨发泡三元乙丙橡胶的制备方法，其特征在于，S2所述的硫化发泡温度为150～180℃；优选的，S2所述的硫化发泡温度为160℃。
9.根据权利要求8所述改性耐磨发泡三元乙丙橡胶的制备方法，其特征在于，S2所述的步骤包括：将所述混炼胶采用平板硫化机预硫化发泡5～10min，然后再进行二次硫化发泡累积至30～40min，即得；优选的，所述预硫化发泡时间为8min；优选的，所述二次硫化发泡累积至30min。
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